绿色切削润滑技术的进化史-商机苑

切削液使用的目的

切削过程中，切削部位因为剧烈摩擦而产生高温和高压，严重影响刀具的使用寿命、被加工件的精度和表面光洁度。

降低温度、减少摩擦、保证刀具寿命和加工件精度的主要措施有2种：

(1)降低切削过程中的摩擦，减少刀具磨损；

(2)及时带走聚集在切削部位的高温。

传统的润滑方式是往加工点喷射切削液。根据经验，切削液供给量越大，效果越好。前些年，在切削加工领域积极推广“高压冷却”，一时间，把大量供给切削液看成是切削加工的“救世主”。

切削液使用的危害

20世纪后以来，机械制造行业有了新的变化：

(1)世界广泛关注地球变暖、臭氧层破坏、二恶英的产生等环保问题；

(2)关心切削液中添加剂对于操作者造成的健康隐患，及油剂的泄漏和飞散，对于操作者带来的安全隐患；

(3)重视废油处理对环境的污染，舆论界强烈要求切削加工液必须满足环保要求。

在这种背景下，欧美各国和日本纷纷制定或者修订了废油处理法、环境污染物质排放移动登录法、二恶英特别处理法等法案。

造成虽然大量使用切削液可以收到更好的润滑性、更高的加工质量和加工效率，但是，根据环保要求，切削废液必须经过无害处理达标后才能排放。新的要求使切削加工的成本大幅度增加。

德国某汽车厂的调查得到的结果是：工具费占总生产成本的2％～4％；与切削液有关的费用却占7％～17％，是工具费的3～5倍。机械加工车间的能量消耗，主轴回转占20％，而与冷却有关的能耗却占53％。

综上所述，无节制的使用冷却液，去降低工具和能耗消耗，只能适得其反。

现代化的润滑技术

1.干切削加工方法

完全不用切削液的干切削，可以彻底解决切削液引起的环保问题。

近些年，刀具材料迅速发展，可适应的切削温度大幅度提高。

传统的工具钢刀具，耐热温度在200～300℃之间，超过这个温度，刀具硬度显著下降，迅速磨损报废。

高速钢刀具，允许最高温度可达500～600℃；金钢石刀具的切削温度可达800℃（因为金刚石刀具摩擦系数极低，且不能用于铁系金属切削，因此温度偏低）。

硬质合刀具在800～1000℃时仍然可以切削；陶瓷刀具可用到1200℃；立方氮化硼刀具使用温度可达1 400℃。

加工方法、工具性能、被加工材料配合得好，干切削是最简便的加工方法。

但是，由于干切削不使用切削液，摩擦系数大、切削阻力大，效率低；且切削过程中产生的热量，不能得到及时的热交换，导致刀具和工件的表面问题升高，被加工件不易得到高精度。

2.MQL切削加工方法

理想的方法是，在确保润滑性能和冷却性，又可以满足环保要求的前提下，使用最小量的润滑剂。这种加工方法称作半干切削。

对于半干切削加工，其切削液的供给量少，要求切削液必须切实、可靠地加到切削部位。好像农业的灌溉，由漫灌发展到喷灌，又发展到滴灌，微量的水，直接浇在作物根上。

近些年，润滑技术工作者为了环保、节能、高效率，开发了一系列半切削加工的新方法。

如：MQL加工方法、浮动喷嘴法、兆声波冷却法，以及它们的改进型、复合型的半干切削加工技术。

目前新发展起来的MQL(Minimal Quantity Lubricants缩写，最小量润滑油)加工方法，导致润滑技术发生划时代的变化。MQL润滑的典型结构如下图所示。

该结构是由改装的机床主轴与供油系统、供气系统组成。中空的主轴中，放入套管，内管通油，外管通气，由设在主轴前端的混合装置使油气混合，向切削工具输入雾状润滑剂。

由于雾状润滑剂经过的回转部分很短，不受离心力的影响。雾状润滑剂通过工具前端的孔高效率地喷出，准确地喷到切削部位。

供油的定量泵采用cNc(compufer Numerical contr01)控制，可以任意设定供油量。

MQL系统的供油量不大于50mL／h；压缩气体压力为0.2~0.4MPa。MQL加工具有一系列优点：

(1)用油量少，只有传统方法供油量的1/20~1/50。

(2)切屑上几乎没油。

(3)工件上附着的油很少，可以简化工件清洗工序。

(4)省去消耗大量能源的冷却液循环系统。

(5)不需复杂的润滑管理。

(6)可以方便把MQL系统安装到已有的机床上。

根据环保要求以及下一代机床要求油品润滑性能好、使用寿命长的特点，MQL润滑应使用生物降解性能好、承载能力高、蒸发损失少、氧化安定性优越的酯类润滑油。

MQL润滑方法使用酯类油可以解决润滑性能和环保问题。但是只靠压缩空气冷却，有时冷却效果不充分，因之发展了一些改进型的MQL润滑方式。

例如：将油和水分别雾化后、以一定比例同时喷到切削点的“油-水复合供给法”。

还有，“附有油膜的水滴法”，即由多层套管同时供给油、水、空气，使水滴表面上附着一层油膜，呈雾状喷到加工部位，水滴蒸发带走热量起冷却作用，剩下的油膜用于润滑，起防锈作用。

3.其他微量润滑方法

另有用于磨削过程的浮动喷嘴法和兆声波冷却法(Megasonic cdolanf)，感兴趣的读者可以查阅解生泽著《切削加工中的润滑技术》。

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